李春生，程高福，顧宏濤

(馬鋼集團礦業(yè)公司 安徽馬鞍山 243000)

1 概況

姑山鐵礦礦區(qū)位于安徽省馬鞍山市當涂縣城南偏東10 km處，白象山鐵礦床與姑山礦業(yè)公司所在地直線距離2.5 km，地理座標為東經(jīng)118°31′53″，北緯31°27′34″，采用豎井開拓方式，主要開拓工程有主井、副井、回風井及采區(qū)斜坡道。根據(jù)礦體賦存情況，礦山現(xiàn)采用上向分層進路充填采礦法與小分段空場嗣后充填采礦法。白象山鐵礦設計生產(chǎn)規(guī)模為200萬t/a，即6061 t/d，并留有發(fā)展到250萬t/a-300萬t/a的余地。白象山鐵礦設計采用副井進風、回風井出風的單翼對角抽出式通風方式。新鮮風流從副井進入,然后進入-470 m水平,再經(jīng)穿脈、天井進入采場,沖洗采場后由天井回到-390 m中段回風巷道，然后經(jīng)-390 m主回風機站風機送入回風井排出地表。主回風機站安裝一臺DK60-8-№28對旋風機，電機功率2×355 kW，風機采用變頻調(diào)速控制。經(jīng)對現(xiàn)場52個具有代表性的點進行檢測。

1.1 系統(tǒng)進風

主井：49.74 m3/s；副井：148.21 m3/s。主井、副井進風量合計：197.95 m3/s。

1.2 系統(tǒng)回風

回風井：-390 m中段：233.14 m3/s；-470 m中段：25.37 m3/s。總回風量：218.30 m3/s。

1.3 -390 m主回風機站工況

風機型號：DK60-8-№28對旋風機，1臺；裝機功率：2×355 kW；機站風量：233.14 m3/s。

2 通風系統(tǒng)存在問題分析

根據(jù)生產(chǎn)能力，礦井設計礦井總風量241.2 m3/s。采礦方法決定了采掘與充填量相近，實際礦井總風量為218.30m3/s，考慮到風阻、風損等因素，現(xiàn)風量無法滿足白象山鐵礦目前采掘生產(chǎn)通風安全要求。

3 通風系統(tǒng)優(yōu)化設計

3.1 通風系統(tǒng)方案指導思想

通過對白象山鐵礦通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開采計劃以及現(xiàn)場實際情況進行分析評價，提出白象山鐵礦采用抽出式通風系統(tǒng)，即副井進風、地表斜坡道輔助進風，回風井回風的“兩進一回”通風格局。通風網(wǎng)絡局阻、機站局阻及風機網(wǎng)絡匹配性能調(diào)整，結(jié)合系統(tǒng)風量及風壓等要求，運用通風系統(tǒng)要求及風機優(yōu)選等技術研究，優(yōu)選風機，確保礦井通風系統(tǒng)達到安全、可靠、高效、節(jié)能的工作狀態(tài)。

3.2 礦井總風量計算

礦山所需要的總風量為各工作面所需風量與需要獨立通風的硐室所需風量之和，礦井總風量按排塵風速計算，方法如下：

Q=vS

式中Q——作業(yè)工作面所需風量；

v——作業(yè)工作面要求的排塵風速，m/s，可取v=0.15 m/s-0.5 m/s；

S——采場作業(yè)地點的過風斷面，m2。

根據(jù)白象山鐵礦年采掘生產(chǎn)計劃，按排塵風速計算每個工作面所需的的風量，再根據(jù)每個類型工作面的總數(shù)計算出白象山鐵礦井下生產(chǎn)所需的風量為237.40 m3/s，見表1?？紤]采區(qū)風量調(diào)節(jié)不及時及通風網(wǎng)絡內(nèi)部風流短路影響，取風量備用系數(shù)為k=1.2，則礦井總風量為284.88 m3/s，取值285 m3/s。

表1 白象山鐵礦礦井總需風量計算

3.3 系統(tǒng)風量分配

根據(jù)計算結(jié)果，白象山鐵礦礦井總風量為285 m3/s，結(jié)合當前白象山鐵礦采礦計劃與目前采區(qū)工作面分配情況，對各中段水平盤區(qū)生產(chǎn)所需風量進行分配，見表2、表3。

表2 各中段水平風量分配表

表3 各盤區(qū)需風量 單位：m3/s

3.4 機站設置

白象山鐵礦采用抽出式通風方式，回風機站分別設置在-270 m水平和-390 m水平。-390 m回風機站已經(jīng)安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的對旋風機，-270 m回風機站風機型號將根據(jù)通風方案，通過網(wǎng)絡解算，對風機進行優(yōu)選比較后確定。兩臺風機共同承擔各生產(chǎn)水平的回風任務，克服系統(tǒng)通風阻力，控制系統(tǒng)總風量。根據(jù)生產(chǎn)需要，在采區(qū)(盤區(qū))進、回風井聯(lián)巷設置輔扇，對采區(qū)風量進行合理調(diào)節(jié)。在-390 m水平回風機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風機，根據(jù)各中段通風需求以及礦井總風量，-390 m水平回風機站一臺風機已經(jīng)不能滿足通風要求，應在-270 m主回風巷新增一個回風機站。-270 m水平回風機站風機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風機中優(yōu)選。

4 通風系統(tǒng)優(yōu)化方案網(wǎng)絡解算結(jié)果

目前，白象山鐵礦-390 m水平回風機站已安裝一臺型號為DK60-8-№28(2×355 kW)的的對旋風機，根據(jù)各中段通風需求以及礦井所需總風量，-390 m水平回風機站一臺風機已經(jīng)不能滿足通風要求，需在-270 m水平新增一個回風機站。-270 m與-390 m水平回風機站分別命名為1號回風機站、2號回風機站。-270 m水平回風機站風機擬從K45-6-№20、DK45-6-№19、DK45-6-№20、DK62-8-№24、DK62-8-№25、DK62-8-№26、DK60-8-№28等風機中優(yōu)選。

對于上述各型號風機，根據(jù)1、2號回風機站所選風機型號的不同以及葉片安裝角度不同，形成多種組合方案，見表4。

表4 各風機參數(shù)與所選葉片安裝角度

建立白象山鐵礦通風系統(tǒng)模型，將不同組合的風機分別代入帶入通風解算，得出各種風機選擇方案的解算結(jié)果，并對結(jié)果進行分析整理。

根據(jù)解算結(jié)果分析，大多數(shù)組合方案不能滿足礦井所需總風量(285m3/s)，滿足總風量要求的方案有三個，見表5。

各方案詳細網(wǎng)絡解算結(jié)果見表6、圖7、圖8、圖9。

表5 礦井總風量解算結(jié)果

表6 方案一網(wǎng)絡解算結(jié)果

表7 方案二網(wǎng)絡解算結(jié)果

表8 方案三網(wǎng)絡解算結(jié)果

表9 三種風機選擇方案網(wǎng)絡解算結(jié)果比較表

通過表9數(shù)據(jù)分析，三種回風機站所選擇的風機經(jīng)通風解算后，系統(tǒng)總風量均滿足設計要求(285 m3/s)。三種方案系統(tǒng)裝機功率相同，都為1420 kW，方案三系統(tǒng)總風量最大，為292.52 m3/s，但方案三風機實耗功率超過額定功率，不利于設備正常運行，故優(yōu)化方案應從方案一和方案二中選擇。

方案一系統(tǒng)總風量為289.05 m3/s，比方案二系統(tǒng)總風量(286.40 m3/s)大，但方案二實耗功率比方案一小，風機運行效率比方案一高，考慮節(jié)能以及風機安全運行等因素，優(yōu)化方案選擇方案二。即：-270 m、-390 m回風機站各安裝一臺型號為DK60-8-№28的風機，葉片安裝角度43°。白象山鐵礦通風系統(tǒng)優(yōu)化方案網(wǎng)絡解算結(jié)果見表10、表11。

表10 通風系統(tǒng)網(wǎng)絡解算結(jié)果

表11 通風系統(tǒng)風量分配

5 小結(jié)

通過白象山鐵礦通風系統(tǒng)的優(yōu)化，選用第二種方案，后對優(yōu)化后現(xiàn)場及風機和機站進行測量和計算，數(shù)據(jù)表明達到優(yōu)化效果。此次優(yōu)化降低通風成本,提升通風管理水平，有效預防和遏制生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，確保職工職業(yè)健康和礦山環(huán)保要求。